分离工程 叶庆国 萃取精馏

nullnull*分离工程*3.3 萃取精馏一、萃取精馏过程(1) 萃取精馏的定义加入的新组分不和原物系中的组分形成恒沸物，只改变组分间的相对挥发度，而其沸点比物系中其它组分的沸点高，从精馏塔的塔釜引出。 所加入的新组分称为萃取剂。null*分离工程*(2) 萃取精馏工艺流程① 气相进料溶剂S含量恒定。② 液相进料提馏段S含量低于精馏段，相图表现为不连续。为了维持塔内萃取剂S浓度恒定，气相进料或在进料处加入适量S。null*分离工程*二、萃取精馏的原理1. 萃取剂的作用 加入萃取剂后，原溶液的组分及组成均发生了变化，分子间相互作用改变，形成了一个新的非理想溶液，因而使活度系数之比值发生变化，即改变了相对挥发度。对于理想气体、非理想溶液：组分一定、T一定则不可改null*分离工程*由三元物系Margules方程：(3-109)2. 萃取剂的选择性null*分离工程*代入 得加入溶剂后相对挥发度：加入溶剂后:未加溶剂:T3为三元物系的泡点温度。null*分离工程* 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 （3—113）：两式相减：null*分离工程*讨论：null*分离工程*(3—114）成立的必要条件：null*分离工程*3. 影响 萃取剂选择性的因素(1) 萃取剂本身性质的影响 选择的萃取剂应与组分1形成正偏差非理想溶液，与组分2形成负偏差非理想溶液或理想溶液(2) 物系本身性质的影响不满足此条件时，可采用萃取剂中间采出的流程null*分离工程*3. 影响 萃取剂选择性的因素(3) 萃取剂浓度的影响4. 萃取精馏的实质 ★ 稀释原溶液：null*分离工程*溶剂的选择要综合考虑的各种参数： ②溶剂易于再生，S与原溶液中的组分要有一定的沸点差； ③不形成共沸物；不发生化学反应。 ④价格、来源、粘度、毒性、腐蚀性。 ⑤与原溶液中组分的溶解度。三、萃取剂的选择null*分离工程*仅有H键断裂 →总是正偏差，组分易逃离液体； 仅有H键生成 →总是负偏差，组分难逃离。1）考虑组分间能否生成氢键，——氢键理论。（1） 定性——初步筛选（1） 定性——初步筛选*分离工程*（1） 定性——初步筛选2）考虑被分离组分的极性。选择在极性上更类似于重关键组分的化合物作萃取剂S，能有效减少重关键组分的挥发度。 如：64.7℃56.4℃S——水，甲醇难挥发烃——S，丙酮难挥发 甲醇 —— 丙酮（共沸物55.7℃）3）从同系物中选择*分离工程*为使 大，希望筛选溶剂S能与塔釜产品形成负偏差溶液或理想溶液。与塔釜产品形成理想溶液的溶剂，一般可从它的同系物中选取。64.7℃56.4℃3）从同系物中选择（1） 定性——初步筛选4）分子结构相似概念*分离工程*从分子结构相似的概念可以定性推断筛选溶剂与关键组分间的作用。 如：苯酚、苯胺等环结构化合物与苯和甲苯一类芳烃的分子结构，比起与链烷烃和环烷烃来，更加相似些。 4）分子结构相似概念（1） 定性——初步筛选5）对于多元系一般将多元系的问题简化为两个关键组分和萃取剂组成的三元系，在选择萃取剂时，同样能得到满意的结果。（2） 定量——初步筛选*分离工程*1）实测气液平衡数据筛选溶剂是非常昂贵的！2）常用气相色谱法快速测定关键组分在溶剂中的无限稀释活度系数和选择性 3）UNIFAC法也可作为筛选溶剂的近似方法。用一些经验关联式（UNIFAC）计算 α12,s（2） 定量——初步筛选三、萃取剂的选择null*分离工程*四、萃取精馏过程分析1. 塔内汽液相流量分布设S为纯组分，在塔顶采出为0。用脱溶剂浓度表示:null*分离工程*代入上式(3-117):null*分离工程*2）塔内气液相流率分布情况(假定恒摩尔流)精馏段：提馏段：结论：L>>V (因S>>D)（1）当溶剂温度等于塔内温度时null*分离工程*（2）溶剂温度低于塔内温度时精馏段：null*分离工程*提馏段：结论：（1）从上到下液体量和气体量都随温度不断升高而增加 （2）液流率大于气流率null*分离工程*3）对S物料衡算结论：塔内下流的溶剂量均大于溶剂的加入量， 且溶剂的挥发性越大，其差值越大。null*分离工程*2. 塔内溶剂浓度分布 由于S量大，挥发性小，可视为S浓度恒定 作为简化计算。精馏段：假设：塔内恒摩尔流；null*分离工程*null*分离工程*null*分离工程*3、 的确定 (3-131)null*分离工程*4、 溶剂浓度在再沸器内发生跃升如图，作再沸器的物料衡算 总物料:萃取剂:null*分离工程*由于溶剂的挥发度远比所处理的物料挥发度低，当把溶 剂看做不挥发时，由以上两式得：null*分离工程*小结：null*分离工程* 萃取精馏的注意事项 (1) 由于S是大量的(一般要求xS>0.6)因此, 塔内下降液量远远大于上升蒸汽量, 从而造成汽液接触不佳, 故萃取精馏塔的塔板效率低, 大约为普通精馏的一半左右(回收段不包括在内)。在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时应注意塔板结构及流体动力情况, 以免效率过低。 (2) 由于α12,S 是借助萃取剂的加入量来调节的, 随xS ,α12,S 。当塔顶产品不合格时, 不能采用加大回流的办法来调节, 因这样做会使萃取剂在塔内浓度降低, 反而使情况更加恶化。 一般调节方法有: ①加大萃取剂用量; ②减少进料量,同时减少塔顶产品的采出量。这也就是在不改变下降液量的前提下加大了回流比。null*分离工程*萃取精馏过程的计算与普通精馏相同。选择适宜的溶剂流率、回流比和原料的进料状态，沿塔建立溶剂的浓度分布，使关键组分间的相对挥发度有较大提高，达到分离目的。 萃取精馏塔是多个进料的多组分复杂精馏塔，处理的物料非理想性大，又因大量溶剂存在，塔温的变化较大，汽液两相流率沿塔变化较大。相平衡、热量衡算都比较复杂，最好的设计方法是利用计算机的严格解法。五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算null*分离工程* 在很多情况下，特别是原溶液组分的化学性质相近时，溶剂的浓度和液体的热焓沿塔高变化较小。此时不考虑S对α12,S的影响。 即可用二元精馏的办法，用图解法或解析法来处理，其简化精度能满足工程设计的要求。 在全塔范围内，β变化不大于10~20%，可认为β定值。五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算null*分离工程*null*分离工程*物料衡算基准：脱溶剂浓度。null*分离工程*1. 图解法适用范围：原溶液为二元。 加入恒浓度萃取剂，只改变相对挥发度。步骤：null*分离工程*1. 图解法② 绘制汽液平衡曲线，即x’-y’ 曲线步骤：null*分离工程*③ 在x’-y’ 曲线图上求Rm并选R1. 图解法④ 作操作线方程饱和蒸汽进料精馏段(5) 作阶梯求N及进料级位置null*分离工程*2. 解析法P. 105 选定关键组分 物料衡算求出塔顶、塔釜的组成 计算S的量，决定加料级，并计算塔顶、塔釜的Tb求组分相对挥发度 Fenske方程求Nm；求最小回流比Rm及R Gilliland图求N。null*分离工程*null*分离工程*例题*分离工程*例题 用萃取精馏法分离正庚烷(1)—甲苯(2)二元混合物。原料组成z1=0.5，z2=0.5（mol分数）。采用苯酚为溶剂，要求塔板上溶剂浓度xs=0.55（mol分数）; 操作回流比为5；饱和蒸汽进料；平均操作压力为124.123kPa。要求馏出液中含甲苯不超过0.8％(mo1)，塔釜液含正庚烷不超过1％(mo1)(以脱溶剂计)，试求溶剂与进料比和理论板数。例*分离工程*例解题步骤： ①考虑溶剂对原来两个组分α值的影响；求塔顶、塔底的泡点温度，由Tb决定(α12 )s ，取平均值。 ②以 (α12 )s 求平衡关系y1′~ x1′，并作出y1′~ x1′图，图解塔板数。 ③由（3-133）式试差求S。已知：正庚烷（1）——甲苯（2），S ——苯酚，P=124.123KPa（ 脱溶剂基）求S/F，N?例*分离工程*解：取计算基准为：100kmol进料， 脱溶剂基的物料衡算 ：例例*分离工程*例计算平均 例*分离工程*例已知P ， 设溶剂进料板上x1，x2 与馏出液浓度相同。塔顶、塔底的泡点温度，由Tb计算(α12 )s例*分离工程*N塔顶、塔底的泡点温度Tb及(α12 )s计算步骤：例例*分离工程*例 Tb=109.4℃同理求塔釜上一块板：将α12代入计算溶剂进料板上：(α12 )S=2.14(α12 )S=2.90(α12 )平均=2.52计算：例*分离工程*例③ 核实R 检验Rm＜R, 给定R=5 露点进料 q=0例*分离工程*例④ 操作线 精馏段： 连接c、d，提馏段操作线。图解，Ｎ＝１４，（包括再沸器） 例*分离工程*例⑤　Ｓ／Ｆ β=？已知：xs=0.55 前面计算得到：D′=49.898 计算S=？计算S计算β=？例*分离工程*例⑤　Ｓ／Ｆ 按溶剂进料板（x1，x2，xs)估计 按釜液上一块板（x1，x2，xs)估计 .S=270®®计算β=？S=230√γ=f （ x1，x2，xs）饱和液体进料的萃取精馏过程计算 *分离工程*饱和液体进料的萃取精馏过程计算 例3-5 如果，　求Ｓ／Ｆ，Ｎ＝？ 图上平衡线分为独立两段。所以饱和液体进料的萃取精馏过程计算*分离工程*①试差计算饱和液体进料的萃取精馏过程计算饱和液体进料的萃取精馏过程计算*分离工程*饱和液体进料的萃取精馏过程计算② 精馏段和提馏段平衡线精馏段：计算 平均饱和液体进料的萃取精馏过程计算*分离工程*饱和液体进料的萃取精馏过程计算② 精馏段和提馏段平衡线提馏段：饱和液体进料的萃取精馏过程计算*分离工程* ③　作图，两段操作线，可由 三点作精馏、 提馏段操作线饱和液体进料的萃取精馏过程计算计算溶剂回收段的理论板N*分离工程*计算溶剂回收段的理论板N计算理论板N原则上与普通精馏相同。其关键是确定回收段平均αNS 非溶剂对溶剂的相对挥发度。 由于αNS 在回收段各板上不同，特别是在S进料板与上一块板之间有突变。若用溶剂进料板上αNS 求N是不合适的。 用（αNS）平均≈ （αNS）塔顶第一块板计算较为准确。 null*分离工程*七、恒沸精馏与萃取精馏比较　共同点：1、都加入另一组分。 2、使相对挥发度增大。 3、计算过程所用的基本关都是物量衡算、热量 衡算和相平衡关系。 不同点：1、萃取精馏萃取剂量大且受限制；恒沸精馏恒沸 剂量少。 2、恒沸精馏塔形成恒沸物，从塔顶蒸出，萃取精馏 不形成恒沸物，从塔釜离开。 3、恒沸精馏的恒沸剂大都从塔顶蒸出，一般恒沸精馏耗能大。 null*分离工程*4、恒沸精馏即可连续操作，又可间歇操作；萃取精馏 只能连续操作。 5、在同样压力下操作，恒沸精馏的操作温度较低，故比起萃取精馏来，更适宜于分离热敏性物质。 6、萃取精馏中溶剂回收简单，且流程也比较简单。